馮學(xué)知,袁有田

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第五地質(zhì)大隊,江蘇徐州221004)

姜梨園鐵礦成礦地質(zhì)特征及成礦過程分析

馮學(xué)知,袁有田

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第五地質(zhì)大隊,江蘇徐州221004)

沛縣姜梨園鐵礦為矽卡巖型鐵礦,主要產(chǎn)于燕山期中基性(角閃)閃長斑巖與下奧陶系肖縣組下段碳酸鹽巖地層的接觸帶附近,礦石類型主要為磁鐵礦和假象赤鐵礦。礦區(qū)圍巖蝕變分布廣泛,有熱力變質(zhì),鈉長石化,矽卡巖化和中低溫?zé)嵋何g變4種,其中,鈉長石化和矽卡巖化與鐵礦關(guān)系密切;斷裂構(gòu)造較發(fā)育,F1斷層是主要控巖控礦構(gòu)造,近東西走向,向北陡傾斜為正斷層,斷距300多m,姜梨園上層鐵礦和姜梨園下層鐵礦分居其南北兩側(cè)。

礦區(qū)地質(zhì)背景;矽卡巖型鐵礦;成礦模式;江蘇沛縣

0 引 言

沛縣姜梨園鐵礦為剛投入開采的新礦山。目前,姜梨園上層鐵礦體于2006年已探明儲量500多萬t,按礦山生產(chǎn)規(guī)模,礦山服務(wù)年限僅10年左右,為充分利用礦山資源,在研究以往地質(zhì)勘查及物探資料的基礎(chǔ)上,通過成礦過程分析,對指導(dǎo)礦區(qū)深部礦產(chǎn)勘查具有重要意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

本區(qū)位于華北地臺魯西臺背斜與豫淮臺褶帶的交界處,豐(縣)—沛(縣)隆起南部、敬安—四戶坳陷北緣—華(山)—棲(山)凸起帶上。

1.1 地層

礦區(qū)均被厚76m～234m的第四系覆蓋。經(jīng)鉆孔揭示,組成基巖的地層從老到新分布有古生界下奧陶系肖縣組及馬家溝組、中奧陶系的閣莊組,中石炭系本溪組、上石炭系的太原組,二疊系山西組等地層(圖1)。

1.1.1 肖縣組(O1x) 下段(O1x1):以灰、深灰色厚層、中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主,夾多層灰質(zhì)白云巖、白云巖、薄層泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r。微層理發(fā)育,常具角礫狀、豹皮狀構(gòu)造。在近底部往往有紅色鮞狀灰?guī)r,含石膏。產(chǎn)牙形刺:Scolopodus sp.Distacodus sp.等。由于巖漿侵入產(chǎn)生熱變質(zhì)作用,部分巖層為大理巖、白云質(zhì)大理巖、泥質(zhì)大理巖。該層是成礦的有利地段。

上段(O1x2):以灰、深灰、黃灰色中厚層、厚層白云巖、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主。

1.1.2 馬家溝組(O1m) 下段(O1m1):以灰、深灰色厚層純灰?guī)r為主,夾少量豹皮狀白云質(zhì)灰?guī)r、偶夾灰質(zhì)白云巖、白云巖。中、下部灰?guī)r中含少量黑色燧石結(jié)核;底部往往見薄層紫紅色砂灰?guī)r或鮞狀灰?guī)r,偶見薄層石膏。

上段(O1m2):灰、深灰色、淺黃色中厚層、厚層灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖,常具豹皮狀構(gòu)造,夾少量白云巖。1.1.3 閣莊組(O2g) 灰、淺黃灰色薄—中厚層白云巖、灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r,頂部往往有一層灰?guī)r。

石炭系和二疊系地層為煤系地層,與鐵礦體關(guān)系不大,不再贅述。

1.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育,以燕山中期中酸性侵入巖為主,以燕山晚期中基性火山巖為次。主要分布于華棲凸起帶,自西向東有毛樓、姜梨園、魏老家、甄埝、前胡樓、郝小樓和小王樓等巖體。平面多為橢圓形、梭形,長軸多近東西向。巖性主要為閃長斑巖、閃長巖、角閃閃長斑巖、石英閃長斑巖、花崗閃長斑巖,少量輝石閃長巖。其中閃長斑巖和角閃閃長斑巖為區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦的成礦母巖。

圖1 沛縣姜梨園礦區(qū)地質(zhì)略圖

1.3 構(gòu)造

礦區(qū)地層近東西向展布,總體為一向北傾斜的單斜構(gòu)造,局部有次級小褶皺和撓曲發(fā)育。由南而北地層由老到新,依次為奧陶系、石炭系及二疊系。南部奧陶系傾角較陡,一般30°～45°。北部石炭系、二疊系傾角變緩,一般25°～30°。奧陶系與石炭系地層為不整合接觸關(guān)系。

區(qū)內(nèi)有F1、F2及F33條東西向斷層。其中F1、F2斷層分別位于巖體的北緣與北側(cè);F3斷層位于二疊紀(jì)煤系地層中,以下不再單獨敘述。三者近東西走向,近乎平行,平面間距200m～300m,三者均是上盤下降,為正斷層,斷層面傾向北,傾角陡,是一組階梯狀斷層。

F1斷層位于上層鐵礦體北側(cè)、下層鐵礦體之南,根據(jù)鉆孔和物探資料,推測該段F1斷層走向近東西,斷層面向北傾斜,傾角80°～85°,總斷距300m左右。F1斷層主要分布于航磁正異常北部邊緣及重力異常梯度帶,控制巖體的侵位和礦體的分布,是成礦前斷層,具有控巖控礦性質(zhì)。

F2斷層位于F1斷層以北200m左右,為北東東走向,根據(jù)鉆孔和物探成果推測斷層面傾向北北西、傾角80°,總斷距180m?；鶐r地質(zhì)圖上F2以南馬家溝組上段(O1m2)、閣莊組(O2g)與F2以北太原組(C3t)呈斷層接觸?？刂浦兴嵝詭r體的形態(tài)分布,甚至控制鐵礦體的分布。

1.4 圍巖蝕變及與成礦的關(guān)系

礦區(qū)圍巖蝕變比較發(fā)育,分布廣泛,有熱力變質(zhì)、鈉長石化、矽卡巖化和中低溫?zé)嵋何g變4種,其中鈉長石化和矽卡巖化與鐵礦關(guān)系密切。對比ZK201、ZK603、ZK604、ZK803、ZK801、ZK1等鉆孔圍巖蝕變與礦化在空間的分布情況,從地層圍巖到巖體大致可劃分為6個帶:Ⅰ.結(jié)晶灰?guī)r或大理巖帶;Ⅱ.(赤)磁鐵礦(體)帶;Ⅲ.矽卡巖帶;Ⅳ.鈉長石巖帶;Ⅴ.鈉化(角閃)閃長斑巖帶;Ⅵ.(角閃)閃長斑巖帶。

1.4.1 熱力變質(zhì) 當(dāng)巖漿侵入,鄰近接觸帶的地層圍巖發(fā)生重結(jié)晶作用,灰?guī)r變成結(jié)晶灰?guī)r、大理巖等,是成礦作用前的接觸變質(zhì)作用。

1.4.2 鈉長石化 鈉長石化(簡稱鈉化)發(fā)育在主接觸帶內(nèi)側(cè)(角閃)閃長斑巖巖體中,從接觸帶到巖體內(nèi)部鈉化作用有由強變?nèi)醯内厔?。鈉化巖石厚度各處不等,數(shù)米至290m。

鈉化表現(xiàn)為鈉長石交代中長石、更中長石、還交代角閃石,交代過程中磁鐵礦消溶,形成鈉化(角閃)閃長斑巖,交代強烈時形成鈉長石巖。鈉化巖石為淺灰—灰白色,交代殘余結(jié)構(gòu)、他形粒狀變晶結(jié)構(gòu)、柱粒狀花崗變晶結(jié)構(gòu)。經(jīng)鈉化的(角閃)閃長斑巖,其化學(xué)成分Na2O由4.30%增加到9.00%, Fe2O3+FeO由7.85%下降到3.00%,鐵質(zhì)成分轉(zhuǎn)移出來,形成含鐵溶液。

1.4.3 矽卡巖化 礦區(qū)矽卡巖化作用不甚強烈,主要發(fā)育在接觸帶及其附近的圍巖和巖體裂隙之中,在有礦體處多構(gòu)成礦體的直接底板,一般厚度不大,從幾十厘米至數(shù)十米。

分布于外接觸帶的矽卡巖有透輝石矽卡巖、金云母透輝石矽卡巖以及矽卡巖化大理巖。位于內(nèi)接觸帶的矽卡巖有透輝石方柱石矽卡巖、金云母矽卡巖,及矽卡巖化鈉化(角閃)閃長斑巖等。矽卡巖礦物成分簡單,以透輝石為主,次為綠簾石,金云母,少量方柱石、透閃石、符山石、石榴子石等。

1.4.4 中低溫?zé)嵋何g變 礦區(qū)廣泛發(fā)育,分布于接觸帶和巖體裂隙,強烈改造矽卡巖和矽卡巖化巖石。主要有綠泥石化、碳酸鹽化、高嶺土化,次為綠簾石化、絹云母化、葡萄石化。星散狀分布的黃鐵礦、黃銅礦等硫化物與中低溫?zé)嵋何g變關(guān)系密切,但未形成有工業(yè)意義的礦體。

1.5 礦區(qū)磁異常特征

礦區(qū)巖(礦)心磁參數(shù)測定共1 257塊。各類沉積巖無磁性,受微弱礦化影響個別微具磁性。巖漿巖具中等磁性,相對于沉積巖可以圈定巖體的分布范圍。磁鐵礦磁性最強,當(dāng)磁鐵礦具有一定規(guī)模和有限埋深時,可引起局部磁異?；虼女惓５木植炕儭?/p>

該地區(qū)經(jīng)1∶10 000地磁測量,航磁異常分解為5個地磁局部異常,編號01—05,形態(tài)都比較規(guī)整,為條狀、等軸狀,強度一般為100γ～200γ,最大300余γ,負場極小值-200γ。

本區(qū)“上層礦”主要鐵礦體分布于01號正磁異常北部梯度帶,少部分延深至負場邊緣,礦體走向與異常北部梯度帶走向基本一致,傾向與梯度帶坡降方向一致。以75γ圈定,東西長830m,寬300m,平面呈冬瓜狀,強度一般100γ～250γ,極大值300γ,梯度北陡南緩,北、西、南側(cè)都有負場相伴,以北側(cè)為大,極小值-100γ。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體形態(tài)與分布

作為接觸交代型礦床,礦體賦存于巖體與碳酸鹽巖圍巖接觸帶及其附近。受F1斷層控制,姜梨園巖體與肖縣組接觸帶在剖面上呈“之”字形、臺階狀,普查階段將位于F1下盤(南盤,上升盤)淺部接觸帶的礦體稱為“姜梨園上層礦”,而位于F1斷層上盤(北盤,下降盤)接觸帶的礦體稱為“姜梨園下層礦”(圖2)。

圖2 8線地質(zhì)剖面圖

“姜梨園上層礦”由賦存于主接觸帶的主礦體和賦存于主接觸帶內(nèi)側(cè)巖體中捕擄體接觸帶及捕擄體內(nèi)的7個小礦體組成。上層礦主礦體編號為Ⅰ1,主礦體內(nèi)側(cè)的小礦體定義為Ⅰ2,并系統(tǒng)編號為Ⅰ2-1、Ⅰ2-2、……、Ⅰ2-7。

Ⅰ1主礦體產(chǎn)于姜梨園巖體北部與肖縣組下段“之”字形接觸帶的上部,主要賦存于接觸帶由陡變緩轉(zhuǎn)折部位的圍巖層間裂隙中,展布方向與F1斷層、巖體北傾的單斜接觸帶一致。礦體傾角隨接觸帶變化而變化,在傾向上由南向北逐漸遠離接觸帶,尖滅或分叉尖滅于圍巖中。走向上由西向東也有逐漸遠離接觸帶的趨勢,分叉尖滅于圍巖中。

Ⅰ1主礦體分布于5—10勘查線間,南部邊界位于ZK304、ZK鐵1、ZK008、ZK203、ZK402、ZK602、ZK809孔南側(cè),北部邊界位于ZK305、ZK101、ZK007、ZK201、ZK401、ZK604、ZK803孔北側(cè)。礦體為全隱伏,埋深150m～274m,3線最淺,6線最深,由西向東埋深有逐漸增大趨勢,礦體總體走向NE80°,北傾,傾角0°～46°,走向控制長度約701.81m,傾向控制寬度約95m～205m。平面投影范圍呈不規(guī)則的透鏡狀-豆莢狀,東端分叉。Ⅰ1主礦體隱伏于地下,在3—6線間,礦體直接與第四系接觸的隱伏“露頭”面積占礦體水平投影面積的28.6%,說明在漫長的地質(zhì)時代,礦體上部一度裸露地表,遭受風(fēng)化剝蝕。

“姜梨園下層礦”編號為Ⅱ,只有普查階段的少數(shù)幾個鉆孔控制,礦體賦存于閃長斑巖-角閃閃長斑巖與下奧陶統(tǒng)肖縣組之侵入接觸帶中。埋深580m～840m,走向NE80°,傾向NNW,傾角23°～40°,走向延長已控制約1 100m,兩端尚未追索控制,最大寬度370m,最大厚度9.24m,最小厚度4.79m,從8—16線有增厚趨勢,礦體剖面形態(tài)為似層狀。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石礦物以磁鐵礦為主、次為赤鐵礦(假象赤鐵礦)。磁鐵礦多以他形粒狀或聚合體產(chǎn)出,粒徑一般0.03mm～0.35mm,大者可達0.4mm～0.8mm。晶粒多為不規(guī)則、不等粒狀,少數(shù)似圓粒狀、八面體狀,晶粒常緊密接觸或鑲嵌成集合體,呈塊狀或浸染狀分布。赤鐵礦多為交代磁鐵礦而形成,交代后仍具有磁鐵礦的結(jié)構(gòu)形態(tài),成為假象赤鐵礦。結(jié)構(gòu)為假象他形粒狀,少數(shù)為他形粒狀,粒徑一般在0.02mm～0.35mm,沿晶粒邊緣和晶隙交代常形成格架狀結(jié)構(gòu),格架內(nèi)見有黃鐵礦和其他礦物分布。

脈石礦物主要有碳酸鹽礦物(方解石、白云石)、綠泥石、金云母、石英、及少量透輝石、綠簾石等。

3 礦床成礦過程分析

3.1 鐵質(zhì)的運移

本區(qū)鐵礦體空間上主要賦存于燕山期中性—基性侵入巖與下奧陶系肖縣組下段(O1x1)的接觸帶,鐵礦的形成與(角閃)閃長斑巖侵入體鈉長石化關(guān)系密切。根據(jù)成礦專屬性化學(xué)成分分析。首先,母巖(角閃)閃長斑巖具有一定含鐵豐度和堿質(zhì)異常,它的鈣堿性和高堿富鈉性,為巖漿期后形成富鈉溶液,消溶磁鐵礦、交代角閃石等含鐵礦物,運移、聚集富鐵溶液提供了條件。其次,下奧陶系肖縣組下段含鹽地層在礦床形成過程中也起了一定的促進作用。由于鹽類物質(zhì)(如鈉鹽)在溫度升高及有水的條件下,易于溶解,從而轉(zhuǎn)移到氣化—熱液中去。這種氣化—熱液,一方面可與巖體及圍巖交代,產(chǎn)生鈉長石化,將其中的鐵質(zhì)釋放出來;另一方面可與釋放出來的鐵質(zhì)形成易溶的絡(luò)化物,隨著氣化—熱液而遷移,在適當(dāng)?shù)臈l件沉淀富集成鐵礦。

鈉質(zhì)交代作用的實質(zhì)是,在高溫富含揮發(fā)分流體的作用下,侵入體(角閃)閃長斑巖中暗色礦物(角閃石、黑云母等)和磁鐵礦解體消失,從溶液中帶入Na2O,帶出鐵質(zhì)和K2O,形成大量的鈉長石等新生礦物。在鈉長石化巖石帶中,從侵入巖向礦體方向,鈉長石化由弱到強,巖石中Na2O漸趨增高,鐵質(zhì)和K2O含量逐漸降低,褪色現(xiàn)象也逐步顯著,由(角閃)閃長斑巖巖類的深灰色—灰綠色漸變?yōu)殁c長巖的灰—灰白色。本區(qū)鈉長石化巖石的原巖,實際上是同一次巖漿熔融事件中的早期侵入體,通過鈉化提供成礦物質(zhì);晚期侵入體侵位后產(chǎn)生的富含揮發(fā)分的巖漿期后熱液,不僅是成礦物質(zhì)的載體,而且所產(chǎn)生的壓應(yīng)力和熱能也成為成礦流體運移的驅(qū)動力。

3.2 簡析成礦過程

從詳查報告地質(zhì)資料和航空物探資料(磁法、重力)分析,姜梨園巖體受東西向構(gòu)造控制,在華(山)—棲(山)凸起帶北沿發(fā)育的F1斷層為導(dǎo)巖斷裂,淺層?xùn)|西向正斷層及肖縣組下段碳酸鹽巖圍巖為儲巖構(gòu)造。

在F1斷層兩盤,肖縣組形成了大致為300多m的垂直斷距,巖漿沿F1斷層多次脈動上侵,當(dāng)上侵力與蓋層巖層的靜壓力達到平衡狀態(tài)時,巖漿前峰從上升轉(zhuǎn)為側(cè)向入侵,沿著地層的虛弱部位選擇性地同化肖縣組下段富含膏鹽的碳酸鹽巖。經(jīng)初步結(jié)晶分異的巖漿遇肖縣組富含膏鹽的碳酸鹽巖圍巖,受到混染進一步分異出富鐵、富揮發(fā)分的成礦熱流體(礦漿和熱液),這種成礦熱流體在向巖體表面不斷聚集運移的過程中,同時交代和分解母巖中早期鈉化晶出的含鐵礦物,使鐵質(zhì)進一步富集。成礦熱流體不斷聚集形成較大壓力,向巖體頂部虛脫部位、巖體內(nèi)部捕擄體接觸帶和外接觸帶碳酸鹽巖圍巖的層間裂隙或破碎帶選擇性充填(貫入)在適當(dāng)條件下形成鐵礦體。巖體與圍巖兩種巖石中的不同組分,借肋于停滯在間隙中的熱流溶液相互擴散,硅酸鹽類巖石中的SiO2、Al2O3逐漸滲入碳酸鹽類巖石;而碳酸鹽類巖石中的MgO、CaO逐漸滲入硅酸鹽類巖石,之后生成輝石類和石榴石類礦物,和硅灰石、符山石、方柱石、電氣石等次要礦物形成矽卡巖。

4 結(jié) 語

矽卡巖礦床多數(shù)位于外接觸帶的矽卡巖化圍巖中,少數(shù)產(chǎn)于內(nèi)接觸帶的侵入體內(nèi)。礦體的規(guī)模有大有小,礦體的形狀也是復(fù)雜多樣的,有似層狀、透鏡狀、脈狀、巢狀、囊狀、柱狀及各種不規(guī)則形狀等,這給找礦帶來一定難度。通過成礦過程分析,對找礦指導(dǎo)意義在于:鐵礦體與鈉長石化、矽卡巖化及其他熱液蝕變巖石緊密伴生。矽卡巖型礦床多形成于同一次巖漿事件中早期侵入體與碳酸鹽巖的接觸帶附近,后期侵入體附近不易形成礦體。早期侵入體由于析出鐵質(zhì)而鈉長石化,是重要的找礦標(biāo)志之一,且鈉長石化愈強,成礦規(guī)模愈大。

[1] 江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊.江蘇沛縣姜梨園—魏老家礦區(qū)姜梨園上層鐵礦體詳查地質(zhì)報告[R].2006.

[2] 江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊.江蘇省沛縣姜梨園—魏老家鐵礦普查評價地質(zhì)報告[R].1981.

[3] 華東地質(zhì)研究所,江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局綜合隊.江蘇省豐沛地區(qū)鐵礦成礦地質(zhì)條件和找礦方向初步認識[R].1978.

[4] 江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局物探隊.江蘇省豐沛地區(qū)物探找礦效果及找礦研究報告[R].1977.

[5] 趙一鳴,林文蔚,畢承思,等.中國矽卡巖礦床[M].北京:地質(zhì)出版社,1990.

On metallogenic geological properties and metallogenic process of Jiangliyuan Iron Deposit

FENG Xue-zhi,YUAN You-t ian
(Party 5 of Jiangsu Bureau of Geology andMinerals Prospecting,Xuzhou 221004,Jiangsu)

As a kind of skarn-type iron deposit,Jiangliyuan Iron Deposit in Peixian Countywas occurred near a contact zone between moderate basic(hornblende)dioritic porphyry of Yanshanian epoch and carbonate rock layersof lower Xiaoxian For mation in lowerOrdovician system,with magnetite and martite as the main ore types.Wall rock alteration waswidely spread in the district;There were four types of alterations:thermodynamic metamorphis m,albitization,and skarnization and moderate-low temperature ther mal fluid alteration.In which,albitization and skarnization had a close relationship with iron deposit;Fracture structureswere developed,and F1faultwas the major rock and mineral controlling structure,with nearwesteast strike,sharp inclination towards the north and was a normal fault of 300 meters long.The upper and lower layers of Jiangliyuan iron deposit were located in the north and south sides of the fault.

Geological backgrounds of the ore district;Skarn-type iron deposit;Metallogenic mode;Peixian,Jiangsu

book=3,ebook=203

P618.31

A

1674-3636(2010)03-0255-05

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.03.255

2009-10-23;

2009-11-03;編輯:陸李萍

馮學(xué)知(1969—),男,工程師,長期從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作.